Методичка заочники (теория ГТУ 2 семестр)

ИССЛЕДОВАНИЕ ДРОССЕЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГТД,
ПОЛУЧЕННЫХ РАСЧЕТНЫМ МЕТОДОМ

Цели работы:
1. Познакомиться с математической моделью, позволяющей реализовать приближенный аналитический метод получения дроссельных характеристик газотурбинного двигателя (ГТД).
2. Построить классические и интегральные дроссельные характеристики ГТД с заданными исходными данными.
3. Сравнить интегральные дроссельные характеристики cR (Ne) ГТД с различными параметрами рабочего процесса.

Общие положения

В процессе эксплуатации авиадвигателей возникает необходимость изменения режима их работы (снижения мощности) в диапазоне устойчивой работы от максимального режима до режима малого газа (МГ). Снижение мощности, называемое дросселированием, обычно достигается уменьшением расхода топлива, подаваемого в камеру сгорания (КС). При этом за счет увеличения коэффициента избытка воздуха а снижается температура газа 13 EMBED Equation.3 1415 на выходе из КС. Это приводит, с одной стороны, к снижению работы расширения газа в газовой турбине (ГТ) и нарушению баланса мощностей между турбиной и компрессором (13 EMBED Equation.3 1415), уменьшению частоты вращения ротора турбокомпрессора п, снижению степени повышения давления в компрессоре 13 EMBED Equation.3 1415, уменьшению эффективной работы цикла Le и расхода воздуха Мв, следовательно, к снижению мощности на валу свободной турбины (СТ) 13 EMBED Equation.3 1415, так как: 13 EMBED Equation.3 1415, где: Ne – эффективная мощность ГТД; 13 EMBED Equation.3 1415– КПД, учитывающий механические потери.
С другой стороны – уменьшение 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415 ведет к снижению эффективного КПД 13 EMBED Equation.3 1415 вследствие уменьшения Le и ухудшения теплоиспользования (увеличение потерь теплоты с выходящими газами из-за уменьшения 13 EMBED Equation.3 1415, следовательно, увеличения температуры истекающих газов 13 EMBED Equation.3 1415). В результате снижается экономичность двигателя, то есть увеличивается удельный расход топлива се. На ухудшение экономичности ГТД также влияет уменьшение КПД компрессора 13 EMBED Equation.3 1415 и свободной турбины 13 EMBED Equation.3 1415 следовательно, уменьшение степени расширения газа в СТ 13 EMBED Equation.3 1415 при удалении от расчетного режима работы двигателя. Обычно дроссельные характеристики (ДХ) представляют в виде зависимостей Ne(n); ce(n) (рис. 1).
Для сравнения ГТД по экономичности на дроссельных режимах, удобно представить ДХ в виде зависимости 13 EMBED Equation.3 1415 (рис. 2), где 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415 – отношение удельного расхода топлива и эффективной мощности на дроссельных режимах к их значениям на расчетном (максимальном) режиме соответственно.

Рис. 1. Дроссельные характеристики ГТД



Рис. 2. Дроссельные характеристики ГТД



Нижняя граница относится к двигателям с большими значениями 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415 на расчетном (максимальном) режиме работы двигателя. Такие двигатели экономичнее, так как увеличение 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415 ведет к увеличению эффективного КПД 13 EMBED Equation.3 1415 как на расчетном, так и на дроссельных режимах. Кроме того, «горячие» двигатели (с большими значениями 13 EMBED Equation.3 1415) менее чувствительны к снижению 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415 при дросселировании.
Немного повысить экономичность ГТД можно увеличением нагрузки на валу СТ во время дросселирования. При этом уменьшается частота вращения ротора СТ 13 EMBED Equation.3 1415 и рабочая точка на характеристике СТ перемещается в зону больших значений КПД СТ13 EMBED Equation.3 1415.
Дроссельные характеристики ГТД могут быть получены экспериментальным путем, в процессе специальных испытаний, или расчетным способом, с использованием характеристик отдельных узлов двигателя. ДХ, полученные расчетным способом, уступают по точности ДХ, полученным экспериментально, но их получение требует меньших затрат времени и средств. Расчетным способом также можно получить ДХ вновь проектируемых двигателей.
Основная сложность при расчете ДХ заключается в том, что необходимо иметь характеристики отдельных узлов двигателя с нанесенными на них линиями рабочих режимов (ЛРР) в соответствии с заданной программой регулирования. Получение таких характеристик, в свою очередь, – процесс трудоемкий и дорогостоящий.
Для приближенной оценки экономичности двигателя при дросселировании при минимуме информации о двигателе с достаточной точностью можно применить предлагаемый ниже приближенный аналитический метод расчета ДХ.

Приближенный аналитический метод получения ДХ ГТД

Сущность этого метода заключается в том, что характеристики всех узлов двигателя задаются приближенно, аналитическими зависимостями, либо принимаются постоянными, что и определяет погрешность метода. Недостающие численные значения коэффициентов потерь энергии в узлах двигателя и КПД узлов задаются исходя из статистических данных для соответствующего класса ГТД.
Учитывая то, что современные ГТД имеют осевые компрессоры с высокой степенью регулирования, допущение о том, что при дросселировании от максимального режима до МГ КПД компрессора остается примерно постоянным 13 EMBED Equation.3 1415, является достаточно корректным.
В расчетах необходимо учитывать, что при изменении температуры 13 EMBED Equation.3 1415 и химического состава газа изменяются его физические свойства и, соответственно, значения показателя адиабаты кГ и удельной теплоемкости 13 EMBED Equation.3 1415.
У современных ГТД обычно принимается закон изменения температуры газа за камерой сгорания при дросселировании:
13 EMBED Equation.3 1415, (1)
где 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415 – значения температуры газа и частоты вращения ротора на расчетном режиме работы двигателя.
Несмотря на то, что ГТД, применяемый в качестве привода, работает в стендовых условиях (М = 0; Н = 0 ), температура 13 EMBED Equation.3 1415 и давление 13 EMBED Equation.3 1415 воздуха на входе в ОК изменяются в широком диапазоне климатических и географических условий. Метод позволяет получить семейство ДХ, соответствующих различным значениям температуры 13 EMBED Equation.3 1415 и давления 13 EMBED Equation.3 1415 атмосферного воздуха, или оперативно строить ДХ при их изменении.
Расчет начинается с разбиения диапазона частот вращения ротора турбо-компрессора от пmax до пМГ. на ряд промежуточных значений ni, для которых определяются 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415. Затем, используя прилагаемые графики зависимостей 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415 и таблицы значений 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415, выбираются 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equa
·tion.3 1415 для соответствующих пi.
На следующем этапе определяются расходы воздуха 13 EMBED Equation.3 1415 и величина свободной энергии 13 EMBED Equation.3 1415. Зная значения 13 EMBED Equation.3 1415, можно рассчитать удельную эффективную мощность Ne уд и эффективную мощность Ne .
По данным расчетов строится график зависимости Ne(n).
Для определения удельного 13 EMBED Equation.3 1415 и абсолютного 13 EMBED Equation.3 1415 расходов топлива на этапах дросселирования, предварительно рассчитывается относительный расход топлива 13 EMBED Equation.3 1415, а затем определяется 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415.
Результаты расчетов занести в Таблицу и построить графики зависимостей: 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415.

Исходные данные для расчета:
– 13 EMBED Equation.3 1415 – расчетная степень повышения давления в компрессоре (N – порядковый номер студента по списку группы);
– 13 EMBED Equation.3 1415, К – расчетная температура газа перед турбиной турбокомпрессора;
– 13 EMBED Equation.3 1415, кг/с – расчетный расход воздуха через двигатель;
– 13 EMBED Equation.3 1415, об/мин – расчетная частота вращения ротора на максимальном режиме работы двигателя;
– 13 EMBED Equation.3 1415, об/мин – частота вращения ротора на минимальном режиме (МГ);
– 13 EMBED Equation.3 1415, Па – давление воздуха на входе в двигатель (стандартные атмосферные условия);
– 13 EMBED Equation.3 1415,К – температура воздуха на входе в двигатель (стандартные атмосферные условия);
– 13 EMBED Equation.3 1415– коэффициент сохранения полного давления во входном устройстве (воздухозаборнике);
– 13 EMBED Equation.3 1415– коэффициент восстановления тепла, учитывающий повышение температуры в конце процесса расширения газа вследствие того, что процесс расширения газа в двигателе не адиабатический;
– 13 EMBED Equation.3 1415 – коэффициент сохранения полного давления в камере сгорания (КС);
– 13 EMBED Equation.3 1415– коэффициент, учитывающий увеличение расхода газа Мг за счет топлива, введенного в двигатель;
– 13 EMBED Equation.3 1415 – коэффициент, учитывающий отбор воздуха на охлаждение узлов двигателя и другие нужды;
– 13 EMBED Equation.3 1415 – средний КПД компрессора;
– 13 EMBED Equation.3 1415 – средний КПД турбины турбокомпрессора;
– 13 EMBED Equation.3 1415– средний КПД свободной (силовой) турбины;
– 13 EMBED Equation.3 1415– КПД трансмиссии свободной турбины;
– 13 EMBED Equation.3 1415– коэффициент полноты сгорания топлива;
– 13 EMBED Equation.3 1415 – КПД процесса расширения газа в двигателе;
– 13 EMBED Equation.3 1415 Дж/кг – теплотворная способность топливного газа;
– 13 EMBED Equation.3 1415 – средний показатель адиабаты воздуха в компрессоре;
– 13 EMBED Equation.3 1415 – показатель адиабаты газа за камерой сгорания. Определяется по таблице (приложение 1) с использованием графиков (приложение 3, 4) после расчета 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415.

Примечание: В данной работе для всех вариантов N допускается принять ряд усредненных значений: 13 EMBED Equation.3 1415=1,308, 1,309, 1,311, 1,312, 1,314, 1,316;

– 13 EMBED Equation.3 1415, Дж/кг
·К – удельная теплоемкость воздуха на входе в двигатель в стандартных атмосферных условиях (САУ);
– 13 EMBED Equation.3 1415 Дж/кг
·К – удельная теплоемкость воздуха за компрессором;
– 13 EMBED Equation.3 1415 – удельная теплоемкость газа за камерой сгорания. Определяется по таблице (приложение 2) с использованием графиков (приложение 3, 4) после расчета 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415.
Примечание: В данной работе для всех вариантов (N) допускается принять ряд усредненных значений 13 EMBED Equation.3 1415, 1215, 1210, 1205, 1200, 1195;
– RГ= 292, Дж/кг
·К – газовая постоянная для расширяющегося газа;
– 13 EMBED Equation.3 1415, м/с – скорость истечения газа из выхлопного патрубка на расчетном режиме;
13 EMBED Equation.3 1415, где 13 EMBED Equation.3 1415, где i = 1, 2, . . . 6.

Алгоритм расчета
1. Определить степень повышения давления в компрессоре 13 EMBED Equation.3 1415:
13 EMBED Equation.3 1415
2. Определить температуру газа за камерой сгорания 13 EMBED Equation.3 1415:
13 EMBED Equation.3 1415, К
3. Определить расход воздуха на входе в двигатель
13 EMBED Equation.3 1415, кг/с.
4. Определить свободную энергию в двигателе 13 EMBED Equation.3 1415:
13 EMBED Equation.3 1415, Дж/кг.

5. Определить площадь среза сопла 13 EMBED Equation.3 1415:
13 EMBED Equation.3 1415, м2
6. Определить скорость истечения газа из выхлопного патрубка 13 EMBED Equation.3 1415:
13 EMBED Equation.3 1415, м/с.
7. Определить удельную мощность на валу свободной турбины
13 EMBED Equation.3 1415, Вт
·с/кг.
8. Определить мощность на валу свободной (силовой) турбины 13 EMBED Equation.3 1415:
13 EMBED Equation.3 1415, МВт.
9. Определить потребную работу компрессора 13 EMBED Equation.3 1415:
13 EMBED Equation.3 1415, Дж/кг.

10. Определить температуру воздуха за компрессором 13 EMBED Equation.3 1415:
13 EMBED Equation.3 1415, К.
11. Определить относительный расход топлива 13 EMBED Equation.3 1415:
13 EMBED Equation.3 1415, кгтопл/кгвозд.
12. Определить удельный расход топлива 13 EMBED Equation.3 1415:
13 EMBED Equation.3 1415, кг/кВт
·ч.
13. Определить часовой расход топлива 13 EMBED Equation.3 1415:
13 EMBED Equation.3 1415, кг/ч.
14. Построить графики зависимостей 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415.
15. Построить графики зависимостей 13 EMBED Equation.3 1415 для своего варианта, а также для вариантов N–3 и N+3 на одной координатной сетке.
16. Сделать выводы по работе.


Оформление отчета по работе

Отчет по работе оформляется на листах бумаги формата А4. построение графических зависимостей производится в удобных для определения масштабах на листах миллиметровой бумаги формата А4 с соответствии с ЕСКД. По оси абсцисс откладывается аргумент, а по оси ординат – функция. Учитывая, что все полученные функции монотонные, при построении графиков производить геометрическую интерполяцию.
В отчете должны быть отражены название и цели работы, исходные данные для расчета, алгоритм расчета с подставленными числовыми значениями и результатами расчета для i = 1, таблица с результатами расчетов для всех значений i, графики.
В выводах по выполненной работе необходимо сделать заключение о соответствии полученных зависимостей теоретическим характеристикам.






















































13PAGE 15


13PAGE 14415




Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native

Приложенные файлы

  • doc 23776988
    Размер файла: 899 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий